Numérique

La mayoría de las células del cuerpo humano se desarrollan en entornos tridimensionales complejos, sin embargo, con frecuencia se estudian en placas de plástico planas. Estas culturas bidimensionales alteran el comportamiento celular, limitando su utilidad para predecir las respuestas biológicas en tejidos reales. Las tecnologías microfluídicas han mejorado el control de las condiciones de cultivo celular, pero muchos sistemas dependen de un flujo de fluido continuo, bombas externas y procesos de fabricación complicados. La microfluídica digital permite una manipulación precisa a nivel de gotas, pero tiene dificultades para soportar un verdadero crecimiento celular en 3D debido a la falta de microestructuras en el chip.

Ante estos desafíos, existe una clara necesidad de plataformas integradas más simples que combinen un control preciso con un cultivo celular 3D fisiológicamente relevante. En un estudio publicado (DOI: 10.1038/s41378-025-01098-9) en Microsystems & Nanoengineering en 2025, investigadores de la Universidad de Macao y sus colaboradores describen una plataforma microfluídica digital integrada diseñada específicamente para el cultivo celular 3D. El equipo utilizó un proceso de impresión micro-nano 3D en un solo paso para fabricar microestructuras tridimensionales directamente sobre electrodos microfluídicos. El chip resultante permite un movimiento controlado de gotas, una captura celular eficiente y la formación rápida de esferoides celulares 3D. Los experimentos demostraron un funcionamiento estable y una alta viabilidad celular hasta las 72 horas, lo que demuestra la practicidad de la plataforma para estudios biológicos avanzados.

El núcleo de la plataforma es una estrategia de fabricación que fusiona la microfluídica digital y las microestructuras 3D en un solo dispositivo. En lugar de depender de la litografía en múltiples pasos y la fabricación en salas blancas, los investigadores utilizaron la estereolitografía por proyección para imprimir la capa dieléctrica, las vallas de contención y las redes de micropoços en un solo paso. Este enfoque simplifica considerablemente la producción de chips al tiempo que permite un control preciso del microentorno celular 3D.

El equipo optimizó los parámetros clave que rigen el accionamiento de las gotas, incluyendo el voltaje, la geometría de los electrodos y la altura de la microestructura. El chip soporta de forma fiable las operaciones microfluídicas digitales esenciales, como el transporte, la división y la fusión de gotas en superficies planas y 3D. Es importante destacar que las suspensiones celulares podían ser guiadas en los micropoços con gran precisión.

Una vez confinadas en las microestructuras 3D, las células se autoensamblan rápidamente en esferoides compactos. En comparación con los cultivos bidimensionales convencionales, estos esferoides mostraron interacciones célula-célula mejoradas y una organización más similar a la de los tejidos. Las pruebas de viabilidad y proliferación confirmaron que las células permanecieron sanas durante 24, 48 y 72 horas. Los análisis de imagen revelaron además arquitecturas multicelulares densas que se asemejan estrechamente a las estructuras tisulares in vivo, lo que subraya la relevancia biológica de la plataforma.

Los investigadores señalan que la integración de microestructuras 3D directamente en un chip microfluídico digital resuelve un cuello de botella de larga data en el cultivo celular microfluídico. Destacan que la plataforma combina un control preciso de las gotas con un entorno 3D biológicamente relevante, evitando al mismo tiempo flujos de fabricación complejos. Según el equipo, este equilibrio entre simplicidad y funcionalidad podría contribuir a ampliar el uso de herramientas avanzadas de cultivo celular 3D, especialmente en laboratorios que no tienen acceso a instalaciones de microfabricación especializadas.

La nueva plataforma tiene implicaciones inmediatas en áreas donde los modelos celulares realistas son esenciales. En el cribado de fármacos, los esferoides celulares 3D a menudo proporcionan predicciones más precisas de la eficacia y la toxicidad de los fármacos que los cultivos planos. El chip también puede apoyar la investigación en biología del cáncer, ingeniería de tejidos y el desarrollo de órganos en un chip al permitir la formación controlada de estructuras multicelulares. De cara al futuro, los investigadores planean reducir aún más las tensiones de funcionamiento e integrar capacidades de detección y co-cultivo multicelular. Estos avances podrían permitir un cultivo a más largo plazo y modelos tisulares más complejos, reduciendo la brecha entre los experimentos de laboratorio y los sistemas vivos.